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  • 大疆精灵4航测输出正摄影和三维模型教程

    万次阅读 多人点赞 2019-03-15 12:04:39
    随便拿台大疆四旋翼无人机,配上免费的第三方航线规划软件,再用网上到处能下载的无人机影像处理软件,就能轻松生成正射影像和倾斜三维模型。今天以大疆精灵系列无人机为例,主要介绍使用Pix4dCapture和Altizure软件...

    01 影像数据的获取

    近年来消费级无人机使用越来越普遍,用来干测绘的门槛也越来越低。随便拿台大疆四旋翼无人机,配上免费的第三方航线规划软件,再用网上到处能下载的无人机影像处理软件,就能轻松生成正射影像和倾斜三维模型。今天以大疆精灵系列无人机为例,主要介绍使用Pix4dCapture和Altizure软件进行无人机正射和倾斜三维影像数据获取,后续文章再单独介绍无人机影像数据处理。

     

    消费级无人机干测绘 |从影像数据获取到PIX4D,Smart3D正射倾斜三维生产教程

    大疆精灵4 RTK版——无人机测绘神器

     大疆精灵4 RTK版使用介绍戳这里

    1、飞行前准备

    首先准备一台大疆精灵系列无人机(精灵3和4普通版都可以),在手机或平板电脑上安装对应的DJI Go飞控软件(现在都需要注册一个账号并登陆才能使用),在DJI Go软件中做好常规的设置,比如飞行限高和遥控器操控手等,并确保固件已升级,可以正常飞行。

    在手机或平板电脑上安装Pix4dCapture或Altizure,这两款都是免费的app,在行业内使用比较广泛。

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    DJI GO软件操控界面

    2、Pix4dCapture软件介绍

       Pix4Dcapture是瑞士Pix4D公司基于深圳大疆、法国Parrot消费级飞行器研发的一款航测数据智能采集软件。软件分为4个模块:Grid(正射影像采集)、Double Grid(三维模型采集)、Circular(热点环绕)、Free Flight(自由飞行)。 通过Pix4D公司的云处理服务或桌面级专业数据处理软件Pix4Dmapper,不仅可以制作正射影像图、实景三维模型、还可以构建较为精细的单建筑实景三维模型和建筑立面影像,使消费级飞行器摇身一变,成为强大的地图测绘工具。

        Pix4Dcapture是免费软件,可以在安卓和IOS系统中运行(安卓版需要另外安装Ctrl+DJI软件),支持大疆精灵系列无人机(其他系列也有些支持);Pix4Dmapper为付费软件(网上很多和谐版),可以桌面版运行也可以提交数据至云服务平台运行,Pix4Dmapper软件后续文章单独介绍。

        使用Pix4Dcapture软件之前,需要先启动DJI GO软件,确保无人机可以正常起飞。然后拔出USB数据线,重新连接,会出现下面的提示,千万不要勾选“下次默认选择此项,不再提示”,勾了就不再提示选择软件了,这里选择Pix4Dcapture软件。

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    启动Pix4Dcapture软件,需要先注册并登陆Pix4D账号。

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         登陆后,选择使用的无人机型号后,弹出任务规划界面,这里提供多种类型的任务规划。

     

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         上图是Pix4Dcapture支持的任务选项,第一和第二个是正射航线规划,第三个是三维航线规划,第四个是环绕飞行,第五个是自由飞行(定时或定距拍照)。就测绘应用而言,正射航线规划和三维航线规划应用较多,但Pix4Dcapture的三维航线仅飞交叉航线(只飞行2遍),相对于Altizure软件飞行5条航线的三维效果而言,不建议使用Pix4Dcapture飞三维航线。下面主要介绍使用Pix4Dcapture软件进行正射影像数据获取。

        Pix4Dcapture软件正射航线规划支持多边形和矩形范围规划,其中多边形范围规划比较实用,可以通过手动设置飞行范围,调整参数进行正射航线规划。

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       正射航线规划时,需要将无人机相机镜头设置成90度,垂直向下拍摄;设定飞行高度,为保证安全飞行以及影像分辨率,建议飞行相对高度设置在120m以内;航向重叠(Front overlap)设置70%以上,旁向重叠(Side overlap)设置成60%以上。设置完成后,保存任务,准备起飞。

     

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     Pix4Dcapture软件进行上述检查后,长按起飞按钮3秒,无人机即可自动起飞并按照设定航线进行照片拍摄。以上起飞过程也支持先采用DJI GO软件将无人机起飞悬停后,再切换到Pix4Dcapture软件进行任务上传,上传后无人机根据设定航线执行飞行任务。

        无人机执行飞行任务过程中,通过Pix4Dcapture软件可以随时监控无人机位置及状态,是否拍照,飞行过程中电量不足也会自动提醒返航。   

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        飞行任务执行完后,无人机拍摄的照片存储在无人机SD卡中,也可以将拍摄照片下载到手机或平板电脑检查拍摄效果,也可以直接将SD卡中的照片拷贝到电脑上查看。飞行POS数据记录在对应的照片文件中。

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    3、Altizure软件介绍

        Altizure app是由 Altizure.com 设计的一款无人机辅助拍照软件。Altizure软件可以控制飞机在设定路径上飞行并进行定时拍照,,以自动采集五个方向的图片用作倾斜摄影,然后生成实景真三维模型,当然,也可以更有效地只拍一个垂直方向生成正射影像。由于Altizure只支持矩形范围航线设计,因此正射航线规划功能没有Pix4Dcapture软件好用,下面主要介绍使用Altizure软件进行倾斜三维影像获取。

        跟使用Pix4Dcapture软件一样,使用Altizure软件前,先打开DJI GO软件,确保飞机可以正常起飞,然后拔出USB连接线,并重新连接,进入Altizure软件。

     

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       单击左侧最上面的按钮进行航线规划。

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     手动调整飞行范围,设置飞行高度、航向重叠和旁向重叠等,软件自动生成5条飞行航线,通过单击下面的数字进行航线切换和信息查看。第一条航线是无人机垂直向下拍摄,第二到第五条航线是相机朝测量区域中心位置倾斜一定角度(45度左右)进行拍照。

     

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        航线设置完成后开始任务,单击左侧中间的起飞按钮自动执行数据采集任务。当飞行完一条航线后,飞机会悬停在终点,Altizure软件里会弹出窗口询问下一步操作。此时你可以查看电池电量来决定是否直接开始下一条航线飞行或是自动返航。消费级无人机干测绘 |从影像数据获取到PIX4D,Smart3D正射倾斜三维生产教程

        无人机飞行拍摄的照片同样存储在无人机SD卡中,需要拷贝到电脑中进行后续数据处理。

     

    4、像控点测量

        以上介绍了使用Pix4Dcapture软件和Altizure软件规划消费机无人机进行正射影像和倾斜三维影像的数据获取,若想要后期处理得到高精度的正射影像或倾斜三维模型,还需要进行像控点测量(使用大疆精灵4 RTK版不需要测量像控点)。

        像控点测量通常使用GPS RTK进行,这个需要专业的仪器设备和测绘资质。像控点测量可以选取飞行区域明显的地物特征点,如道路交叉点,明显建筑物拐点等,也可以飞行前自己布设像控点标志。像控点尽量均匀选取,并覆盖整个飞行区域。

     

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    像控点标志

        若不进行像控点测量,直接对无人机影像数据进行处理,也可以得到飞行区域各地物之间的相对位置关系,但是绝对位置存在10米左右的偏差。

     

    5、小结

    1)建议使用Pix4Dcapture软件获取正射影像,使用Altizure软件获取倾斜三维影像;

    2)Pix4Dcapture和Altizure都需要配合DJI GO软件使用,其中Pix4Dcapture安卓版还需要安装Ctrl+DJI软件,通过插拔USB连接线进行各软件的切换,千万不要勾选“下次默认选择此项,不再提示”

    3、不论通过何种软件(第三方软件或DJI GO手动拍摄)获取的大疆无人机照片,其POS数据均已写入到了照片的EXIF信息中,后期影像处理软件都可以自动识别;

    4、以上截图及资料均来源于网络,仅作学习交流用,如有侵权请告知。

     

    02

     

     Pix4D UVA正射教程 

     

     

    上篇文章“软件经验|使用消费级无人机干测绘(二)Pix4Dmapper介绍”有些问题,主要是把Pix4UAV软件直接当成了Pix4Dmapper软件介绍。考虑到Pix4UAV软件是Pix4Dmapper软件的早期版本,虽然二者功能相似,但还是存在不一致的地方。

     

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    消费级无人机干测绘 |从影像数据获取到PIX4D,Smart3D正射倾斜三维生产教程

        Pix4UAV软件是瑞士Pix4D公司的全自动快速无人机数据处理软件,是目前市场上独一无二的集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像处理软件。无需专业知识,无需人工干预,即可将数千张影像快速制作成专业的、精确的正射影像和三维模型。

     

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         根据个人应用经验,使用大疆消费级无人机照片生成正射影像优先推荐Pix4UAV软件,理由是快速+专业+全自动。当然美国Bentley公司的ContexCapture(原来叫Smart 3D)软件生成正射影像功能更强大,后续文章也会单独介绍,但个人觉得Pix4UAV更适合普通玩家。

    一、导入数据

    1、新建项目

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    2、添加照片,注意照片目录不要有中文。

     

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    3、自动识别照片POS信息,主要识别照片位置信息。

     

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    4、照片添加完成后,将拍照点位显示在地图上。

     

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    二、添加像控点

        单击Georeference菜单下的"GCP Editor"子菜单,弹出下面对话框,根据现场测量像控点情况刺像控点。若没有现场测量像控点,跳过该步骤,仍可进行正射影像拼接,只是拼接的正射影像误差相对较大,尤其是绝对位置偏差较大。

     

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    三、拼接参数设置

         单击Process菜单下的”Local processing“(本地处理)子菜单,在地图界面下方会出现参数设置界面(Cloud processing是云处理模式,需要购买账号,然后将照片上传到云服务器上处理)。

    1、Initial project processing(初始处理)可以选择”Rapid“(快速)处理也可以选择”Full“(高精度)处理,”Rapid“处理是快拼,速度快但处理精度相对较低;”Full“处理则相反,处理速度较慢,但精度较高。

     

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    2、Point cloud densification(点云/空三加密)中3D点云加密可以选择高、中、低三种,耗时依次减少。如果快拼的话建议选低加密模式。

    3、Orthomosaic and DSM generation(正射影像和数字表面模型生成)该选项仅一个Resolution(分辨率),这个可以根据影像自动计算,无需手动设置。

     

    四、质量报告

        设置完参数,单击运行。运行完第一步(Initial project processing)后,在地图窗口右侧会生成Quality Report(质量报告)。

        质量报告包括整体情况介绍(相机型号,分辨率,覆盖范围,坐标系,投影以及运算耗时等)和质量检查情况。

     

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        质量报告还包括空三加密前的正射影像和DSM预览图。

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        质量报告还包括照片拍摄的航迹点、航迹线以及拍摄起点(加粗的红点为起点)。

     

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        质量报告还包括照片重叠度检查,红颜色表示重叠度不够。

     

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    质量报告还包括二维连接点示意图,连线颜色越深代表连接点匹配越好。

     

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    五、拼接结果

        拼接过程全自动,无需人工干预。拼接完成后,正射影像(tif格式)会导出至指定目录下,并加载到地图窗口中,同时导出的文件还包括DSM文件(tif格式)和点云文件(laz格式)等。

     

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        若对自动拼接的正射影像结果不满意,单击View菜单下的”Scene editor“子菜单,弹出场景编辑窗口。这里提供的功能主要是替换生成正射影像或高程模型的照片。

     

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     以上,一幅正射影像已经拼接完成了,若要得到更高精度的正射影像,建议:
     

    1、现场测量像控点并添加到Pix4UAV软件中,可以较大程度提高正射影像精度,尤其是绝对位置精度;

    2、Initial project processing(初始处理)选择”Full“(高精度)处理模式,同时Point cloud densification(点云/空三加密)中3D点云加密选择高加密模式,这种设置运行比较费时;

    3、对初步生成的DSM进行手动编辑后再导入重新生成正射影像,该操作太专业,且需要第三方软件;

    4、选择更高质量的相机镜头,当然,无人机平台也要随改变。

        但对于普通玩家而言,采用Pix4UAV软件进行全自动快速拼接生成的正射影像已基本能满足各种需求了。

     

     

    03

     

    Pix4D Mapper倾斜三维教程

     

     

     

    上篇文章介绍了使用Pix4UAV软件进行大疆消费级无人机正射影像拼接,今天主要介绍Pix4UAV软件的升级版Pix4Dmapper软件的常见功能,包括正射影像拼接和倾斜三维建模。

    消费级无人机干测绘 |从影像数据获取到PIX4D,Smart3D正射倾斜三维生产教程

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         Pix4Dmapper是瑞士Pix4D公司的全自动快速无人机数据处理软件,是目前市场上独一无二的集全自动、快速、专业精度为一体的无人机数据和航空影像处理软件。无需专业知识,无需人工干预,即可将数千张影像快速制作成专业的、精确的二维地图和三维模型,该软件可从航拍片中利用摄影测量与多目重建的原理快速获取点云数据,并进行后期的加工处理。加工处理后的应用,可惠及不同行业,例如测绘、文物保护、矿业等等。应用领域包括航测制图、灾害应急、安全执法、农林监测、水利防汛、电力巡线、海洋环境、高校科研、军事等多个领域。

    消费级无人机干测绘 |从影像数据获取到PIX4D,Smart3D正射倾斜三维生产教程

    一、新建工程

        打开Pix4Dmapper软件。

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        单击“项目”-“新项目”子菜单,填写项目名称,存储路径等信息。

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        导入大疆无人机获取的照片。

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    软件自动读取照片位置信息。

     

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    选择3D地图模板为正射影像拼接,选择3D模型模板为倾斜三维建模。

     

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    设置坐标系和投影,默认为WGS84坐标系,UTM投影,通常不需要修改。

     

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    坐标系设置完成后,无人机照片根据拍摄位置展点到地图上。

     

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    单击“项目”-“控制点/手动连接点编辑器”子菜单,添加像控点。没有像控点数据也可以不添加。

     

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    二、正射影像拼接

        单击地图窗口下面“本地处理”下的“选项”按钮,弹出“处理选项”窗口,这里可以进行各选项设置,通常无需手动设置,只需要选择对应的模板。

     

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    在“处理选项”对话框左下角有一个“加载模板”按钮,这里内置了各种模板对应的选项,只需选择模板即可(内置模板与新建项目中的“处理选项模板”对应)。这里选择“3D地图”或“3D地图-快速/低分辨率”模板,进入正射影像拼接功能。

     

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    单击“开始”按钮,进入初始化处理阶段,待该阶段处理完成会弹出一个质量报告(质量报告详细介绍戳这里),同时自动进入下一步处理。

     

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    处理过程可以查看三维视图。

     

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    处理完成后得到数字正射影像图(DOM)。

     

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    以及数字地表模型(DSM)。

     

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    单击“运行”菜单中的“生成谷歌地图瓦片、KML和Mapbox瓦片”子菜单,可以将拼接的正射影像导出成KML格式的地图瓦片,可以加载到谷歌地球软件中查看。

     

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     以上,正射影像拼接工作已完成。

     

    三、倾斜三维建模

       新建工程时,导入大疆无人机五个飞行航线获取的倾斜三维照片,在处理选项模板中选择“3D模型”或“3D模型-快速/低分辨率”模板,进入倾斜三维建模功能。

     

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    倾斜三维照片拍摄位置展点图。

     

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     单击地图窗口下面“本地处理”下的“开始”按钮,自动进行初始化处理和点云及纹理生成,与生成正射影像类似,初始化处理完成,弹出质量报告,并继续生成点云及纹理,待点云及纹理生成完成后,在地图窗口左侧列表中,勾选“点云”-“加密的点云”,地图窗口会显示三维点云叠加影像的三维预览图,如下图所示。

     

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     截止到目前,只生成了三维点云数据,倾斜三维模型还未生成。需要单击“运行”菜单下的“生成三维网格纹理”子菜单,待运行完成才能生成三维模型。生成的三维模型在项目路径下的“2_densification”-

    “3d_mesh“文件夹下,为obj格式,可以使用ContexCapture Acute3D Viewer软件、3d max 软件等通用三维软件打开。

     

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    以上,倾斜三维建模工作已完成。

     

    四、经验小结

    1、非专业应用无需添加像控点,无像控点主要是绝对位置偏差稍大;

    2、处理选项模板中的“快速/低分辨率”模板是快速处理模式,处理速度快很多,但是精度会差不少;

    3、相同无人机数据情况下pix4dmapper倾斜三维建模精度比Contexcapture 软件要差些,三维建模推荐使用Contexcapture 软件。

     

     

    04

     

    Contexcapture倾斜三维教程

     

     倾斜摄影测量技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术,以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景,通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性,为真实效果和测绘级精度提供保证。三维建模在测绘行业、城市规划行业、旅游业、甚至电商业等的行业应用越来越广泛,越来越深入。

     

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    1、ContextCapture软件介绍及对比

         ContextCapture是Bentley公司于2015年收购的法国Acute3D公司的产品。借助ContextCapture软件,无需昂贵的专业化设备,只需利用普通照片即可快速重建各种类型基础设施项目的现状三维模型。使用这些细节丰富的高精度三维实景网格模型,可在基础设施项目的整个生命周期内为设计、施工和运营决策提供精确的现实环境背景参考。

        ContextCapture有两个版本,一个是普通版ContextCapture,另一个是中心版ContextCapture Center。顾名思义,后者可以进行集群计算,而且提供了水面约束功能以及提供SDK,而普通版除了没有这些功能外,对数据量也有要求。

     

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        目前比较主流的三维建模软件除了Bently公司的ContextCapture外,还有俄罗斯Agisoft公司的PhotoScan,瑞士Pix4D公司Pix4Dmapper。这几个三维建模软件各有优缺点,PhotoScan比较轻量级,但是生成的模型纹理效果不是太理想,Smart3D生成的三维模型效果最为理想,人工修复工作量较低,但是软件比较复杂,不易上手且价格较高,而Pix4Dmapper则位于二者之间。

     

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    2、ContextCapture软件安装

        ContextCapture软件包括Master(主控台)、Setting(设置)、Engine(引擎)、Viewer(浏览)等几部分,下图为软件安装完成后桌面生成的快捷方式。

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        Setting: 一个中间媒介,它主要是帮助Engine指向任务的路径。

        Master:主要的人机交互界面,相当于一个管理者,它创建任务、管理任务、监视任务的精度等。

        Engine:只负责对所指向的Job Queue中任务进行处理,可以独立鱼Master打开或者关闭。

        Viewer:可预览生成的三维场景和模型。

     

    3、新建项目

        双击运行ContextCapture Master,出现如下界面。运行Master之前,最好先启动ContextCapture Engine。

     

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    单击“New Project”新建项目。输入项目名称,存储路径等信息。

     

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     新建项目后,选择Photos选项卡,然后单击Add photos按钮,添加要建模的无人机照片,照片添加完后,自动读取照片位置信息。

     

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    照片添加完成后,单击Check image files按钮,检查照片文件。

     

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    检查完照片,选择Surveys选项卡,单击Edit control points按钮,添加像控点,没有像控点数据可以跳过该步骤。

     

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    添加完像控点,选择General选项卡,单击右侧的Submit  aerotriangulation按钮,提交空三运算。

     

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      弹出空三设置流程,输入空三项目名称。

     

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    设置照片位置和空间参考,大疆无人机照片自动位置信息,选择默认的即可。

     

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       设置其他参数,通常默认,然后单击Submit提交空三运算。

     

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    此时,ContextCapture Engine开始运行空三任务。

     

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    同时,ContextCapture Master软件也显示完成进度。

     

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    4、三维模型构建

        

    空三运算结束后,单击右下方New reconstruction按钮,开始构建三维模型。

     

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    选择Spatital framework选项卡,进行分块设置,不分块很难运行成功。

     

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    选择General选项卡,单击Submit New Production按钮,提交新建产品。

     

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     对生成的产品命名。

     

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    选择产品类型,包括3D mesh(三维网格)、3D point cloud(三维点云)、Orthophoto/DSM(正射影像/数字地表模型)等,三维建模的话选择3D mesh,正射影像的话选Orthophoto/DSM,这里选择3D mesh,然后点击下一步。

     

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    生成的三维网格数据格式选择,包括3MX、S3C、OSGB、OBJ、FBX和KML等等,这里选择默认的3MX格式,其他格式都可以,看具体需求。

     

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    空间参考系统,通常选择UTM投影。

     

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    勾选需要建模的分块后(默认全选),点击下一步。

     

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    选择输出目录,然后单击Submit,提交建模任务。

     

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     在左侧目录结构中选择最后一个节点,可以查看建模进度。

     

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     运行完成后,3MX格式的三维模型导出在设置的成果目录下,使用Acute3D Viewer 可以查看生成的三维模型。

     

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    上述三维格式若选择的是KML,则运行结果可以加载到Google Earth软件中。

     

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    生成的三维模型加载到Google Earth软件中。

     

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       以上,倾斜三维建模完成。

     

    5、生成正射影像

        上述步骤生成完三维模型后,可以在此基础上生成正射影像等。选择General选项卡,单击Submit New Production按钮,提交新建产品。

     

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    生成产品选择Orthophoto/DSM,然后点击下一步。

     

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    这里勾选Orthophoto和DSM,也可以根据需要只勾选其中一项。

     

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    空间参考系统,选择UTM投影。

     

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    选择Orthophoto/DSM生成范围,默认是生成全部范围。

     

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    选择输出路径。

     

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    若之前已生成3D mesh产品,则生成Orthophoto/DSM的速度会非常快,生成的成果用Global Mapper软件打开,下图为生成的正射影像。

     

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    下图为生成的DSM。

     

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        以上正射影像和数字地表模型生成完成展开

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  • 信息安全系统三维空间

    千次阅读 2013-10-10 08:43:25
    三维空间中,Y轴是OSI网络参考模型,信息安全系统的许多技术、技巧都是在网络的各个层面上实施的。X轴是“安全机制”,Z轴是“安全服务”。 由X、Y、Z三个轴形成的空间就是信息系统的“安全空间”,随着网络逐层...
    “信息安全保障系统”一般简称为“信息安全系统”。三维空间图见下图
    

     

    三维空间中,Y轴是OSI网络参考模型,信息安全系统的许多技术、技巧都是在网络的各个层面上实施的。X轴是“安全机制”,Z轴是“安全服务”。
    由X、Y、Z三个轴形成的空间就是信息系统的“安全空间”,随着网络逐层扩展,这个空间不仅范围逐步加大,安全的内涵也就更丰富,达到具有认证、权限、完整、加密和不可否认五大要素,也叫做“安全空间”的五大“属性”。
    显然,每个轴上的内容越丰富,越深入,越科学,“安全空间”就越大,安全性越好。

    关于信息安全系统和安全体系的更多内容请查看信息系统项目管理师教程(第二版)P538

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  • 安全生产一张图|安全生产三维电子沙盘|安全生产一张图移动端|三维电子沙盘解决方案 易图讯安全生产一张图采用大数据、云计算、三维GIS、移动互联网、物联网、AI等先进技术,真实模拟地形、地貌、地物,结合地理...

    安全生产一张图|安全生产一张图移动端|安全生产一张图APP|安全生产三维电子沙盘端解决方案
    在这里插入图片描述
    易图讯安全生产一张图采用大数据、云计算、三维GIS、移动互联网、物联网、AI等先进技术,真实模拟地形、地貌、地物,结合地理空间数据、业务数据、三维场景等信息,实现人性化的触控交互。具有手势触控、信息展示、图片墙、文档翻阅、企业管理、隐患分类/分级管理、隐患巡检、各类文件上传/浏览、危化品查询扩散分析、视频调用、智能物联、预知预警、人员定位、车辆定位、信息检索、隐患分布、企业分布、分析研判、应急标绘、移动端应用等功能,满足安全生产实战需求。

     全面感知安全生产、自然灾害、方面的风险态势、监测态势、预警态势、灾害态势、事故态势、舆情态势等,建设灾害态势分析模型、风险态势分析模型、监控预警分析模型等模型进行数据分析,为领导提供全面综合的态势感知视图。
    
      对自然灾害、安全生产类风险进行识别,掌握各个风险的时空分布,形成风险清单,感知风险态势,通过汇总风险隐患信息,利用自然灾害风险态势感知模型、安全生产风险态势感知模型,基于大数据分析技术,进行数据挖掘,对识别出的风险引发突发事件的可能性和人、经济、社会、保障、环境等可能受到的损害进行态势分析,在此基础上对风险进行综合风险态势评定。
       利用专业部门已有的专业监测系统实现行业的监测信息接入,通过算法模型实现对接入的多源监测监控数据深入分析,实现自然灾害、安全生产类监测态势感知,为应急管理部早期监测提供支持。
    

    充分利用专业部门已有的专业预测预警分析系统实现行业的预测预警信息接入,通过算法模型实现对接入的多源预警数据深入分析,实现自然灾害、安全生产类预测态势感知,为应急管理部早期预测预警提供支持。
    基于大数据分析及人工智能技术,从海量自然灾害事件数据中挖掘得到的相关信息和知识,为实现事件态势的实时分析与跟踪,对其进行干预和消解,研究并揭示数据与灾害态势的关联关系及多相映射机制,展示当前灾害态势的演化趋势。
    基于大数据分析及人工智能技术,从海量安全生产类事故灾难事件数据中挖掘得到的相关信息和知识,为实现事件态势的实时分析与跟踪,对其进行干预和消解,研究并揭示数据与安全生产类事故态势的关联关系及多相映射机制,展示当前事故态势的演化趋势。
    常态下通过自然灾害、安全生产、综合防范的各类风险评估、监督管理结果的统计分析、灾害事故指挥救援的总结评估,结合监测预警优化模型、监督管理优化模型、指挥救援优化模型等,形成对监测预警、监督管理、指挥救援、政务管理各个业务环节的闭环反馈与优化,非常态下通过实时监测数据、事件续报信息、事件态势研判分析对模型参数进行优化,完善决策方案优化决策结果。达到对监测预警、监督管理、指挥救援、政务管理整体决策优化和流程提升。

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    在文物保护修复领域中,实景三维模型是最能真实反映文化遗产现状的表示方式,是文化遗产保护的重要数据基础。但由于文化遗产具有结构复杂等特殊性,要求获取构建的三维模型成果的分辨率、清晰度和材质颜色指标更高,...

    倾斜航空摄测量技术是测绘领域近年来发展迅猛 的一项高新技术,它通过多角度的拍摄得到同一地物不 同角度的倾斜影像,从而获取传统航空摄影测量不能获取的建筑物侧面纹理,目前在数字城市、智慧城市等的建设中应用广泛。在文物保护修复领域中,实景三维模型是最能真实反映文化遗产现状的表示方式,是文化遗产保护的重要数据基础。但由于文化遗产具有结构复杂等特殊性,要求获取构建的三维模型成果的分辨率、清晰度和材质颜色指标更高,增加了倾斜摄影数据获取难度。中维空间结合吴哥古迹保护项目,探索了如何使用无人机倾斜摄影测量技术实现高精细文化遗产实景三维模型的快速重构,为文物的保护、修复和研究提供基础数据的支撑。

    中维空间--智慧校园可视化管理

    目录

     

    无人机倾斜航空摄影

    2 文物建筑三维建模(中维空间案例)

    2.1 影像数据获取

    1) 设备仪器

    3) 环状倾斜航空摄影数据获取

    2.2 影像数据处理

    1) 数据分析/预处理

    2) 影像匀光处理

    3) 空三平差处理

    4) 三维重建

    2.3 三维建模成果


    无人机倾斜航空摄影 

    倾斜航空摄测量是国际测绘领域近年来倡导使用的一项高新技术,可同时从一个正摄、四个倾斜等 5 个不同的角度采集影像数据( 如图 1 所示) ,不但可获取正面影像信息,还可同时获取地物的多侧面影像信息,凭借其工期短、成本低和效率高等优势,在数字城市建设、应急指挥、国土安全、城市管理中得到了广泛的应用。

     

    相对于传统垂直下视航空摄影影像,倾斜航空拍摄的影像由于拍摄时的角度是倾斜的,所以影像具有变化的比例,倾斜拍摄影像对应的地面区域形状像一个梯形,在区域梯形前端拍摄的影像像素比梯形后端的像素高。如图 2 所示,T 为区域内目标点; T'为区域目标点在影像

    上对应的点; O 为摄影中心; h 为飞行高度; c 为相机参数; t 为倾斜影像倾角; α 为倾斜影像倾角半角; β 为区域目标点 T 与摄影中心的连线与竖直方向的夹角; PP 为倾斜摄影相机主光轴与地面的交点; PP'为倾斜影像的像主点。

    因倾斜摄影存在高地物遮挡低地物的缺陷,传统大飞机航空摄影倾斜航空摄影飞行相对高度多为 300 m 以 上,影像地面分辨率为 5—20 cm,无法满足文化遗产高精度、精细化的要求。为获取优于 5 cm 地面分辨率的全方位无漏洞的文化遗产影像数据,需要降低飞行高度,增大航向和旁向重叠度,采用无人机进行低空飞行拍摄。

    和传统航空摄影的大飞机相比,无人机具有方便、快 捷、成本低廉的独特优势。一般来说,无人机航摄通过无线设备来控制和操作不载人的飞行器,可通过航高的调节实现高空间大范围影像获取和低空间小区域精确航拍,还能够针对文化遗产数据获取的需求,对具体建筑物

    进行 360°的立体环绕飞行,获取目标地物正射、倾斜航空影像,极大地增强了数据获取的科学性和时效性。

    2 文物建筑三维建模(中维空间案例)

    针对文化遗产大场景与重要建筑物的实景三维模型需要不同精细程度的模型的难题,文中对无人机倾斜摄影设计方案进行了优化( 如图 3 所示) ,采用带状倾斜航空摄影+环状倾斜航空摄影的技术方案,得到遗址区的航摄数据,最后融合两种影像数据生成遗产区的实景三维

    模型数据。从而在保证大区域实景三维模型的效果基础上,确保了重要遗址建筑物实景三维模型的精细程度,下面将以王家花园王宫为例介绍基于无人机倾斜航空摄影的文化遗产三维建模工艺流程。

    2.1 影像数据获取

    王家花园王宫位于城市中心,地处盆地,周边环绕三堵土坝和若干阶地,是吴哥时期的遗迹,也是吴哥考古公园资源最为丰富的地区之一。

    王家花园王宫文化遗产地测区面积 1.3 km2,周围空间较为开阔,遗产地上空植被覆盖较少,便于航空影像数据的获取。针对王家花园王宫周围环境影响因素以及遗产特点,项目成图比例尺设定为 1 ∶ 500,航摄地面分辨率0.04 m,数据获取技术方法见表 1。

     

    1) 设备仪器

    精灵 4 Phantom 无人机: 最大起飞重量 1 380 g,最大飞行速度 20 m/s,卫星定位 GPS /GLONASS 双模。大 疆“悟”Inspire 1 Pro 无 人 机: 最 大 起 飞 重 量3 400 g,最大飞行速度 22 m/s,机身变形设计,相机 360°无遮挡拍摄。

    飞控系统: 中维空间无人机智能控制系统。

    2) 带状倾斜航空摄影数据获取

    利用无人机飞控系统控制数码相机镜头角度,按照垂直向下、前视 30°、后视 30°、左侧视 30°、右侧视 30°等 5个方向分别获取航空影像数据,形成遗址区带状倾斜摄影测量数据。主要工作有航线设计、航空摄影、航摄数据质量检查等,具体工作流程如图 4 所示。

    王家花园王宫采用东西向飞行,地面分辨率为 4 cm,绝对航高为 158 m,航向重叠度和旁向重叠度均为 80%,共 12 条航线,航线长度 8 150 m,总照片数 1 620 张。

    3) 环状倾斜航空摄影数据获取

    无人机环状影像数据获取是利用无人机对遗产区内结构复杂的主体建筑进行环绕式拍摄,从目标周围均匀采集建筑影像。综合考虑遗址环境因素,设计合理的环绕路线,利用大疆无人飞行器平台,搭载数码相机,获取遗产地环拍影像数据。

    无人机环绕拍摄最大的特点就是多角度摄影,而不是局限某单一角度,不仅能垂直拍摄获取建筑的顶部影像,还能低空多角度摄影获取建筑物多面高分辨率纹理影像,对于复杂的建筑结构基本能达到无遮挡的效果。王家花园王宫无人机环拍站点为 10 个,分布情况如图 5 所示。

    2.2 影像数据处理

    航摄数据主要采用商用 Smart3D 软件进行处理。其处理的倾斜航空摄影影像与立体环形航摄影像需要带有坐标信息,利用软件进行二者的混合空中三角测量加密,并对影像的外方位元素进行优化,然后采用密集匹配工具对两组数据进行处理,制作遗址区的高精度三维模型,同时进行模型的纹理映射,生成遗址区的实景三维模型数据和正射影像、遗址立面的正射影像以及其他数字化成果。其技术路线如图 4 所示。

    1) 数据分析/预处理

    对提交的航摄成果进行二次检查分析,确保数据完整、元数据信息完备。检查后应保证 POS 记录信息与影像成果对应一致,无缺漏和不匹配现象,图像质量和文件格式正确无误,相机参数信息齐全。

    2) 影像匀光处理

    作为无人机航摄的影像,包括下视影像和倾斜影像两种不同类型的成果,由于大气对光的折射能使光在大气层中传播的路线由规则直线变成不规则曲线,能使生成的影像产生位移和变形。尤其拍摄角度较大的倾斜影像,影像位移、色差和变形更为明显,大气介质能吸收光的能量,因而使光传播的速度变得缓慢而引起亮度减弱。倾斜摄影中大气对光的折射、散射和吸收直接影响着影像的反差、影调、色差和清晰度,因此在大多数情况下,倾斜影像和下视影像会存在一定程度上的色调差异。对倾斜数据进行匀光处理后,可以有效地提高倾斜影像质量,确保后续空三连接点匹配的效率和精度,并提升三维模型的质量。

    3) 空三平差处理

    传统的空中三角测量系统无法较好地处理倾斜摄影数据,而多视角影像联合平差需要充分考虑影像之间的几何变形和遮挡关系,因此倾斜摄影空三平差处理最重要的是如何将垂直下视影像和倾斜影像进行混合平差。

    基于 Smart3DCapture 软件,对获取的特征点再采用多视角匹配同名点,然后反向解算出每张图片的空间位置和图片的姿态角度,从而确定图片间的关系。空三加密完成后,可以在 Smart3DCapture 软件里面查看到整个航带的飞行情况,解算出空三点的位置密度,每张图片的像对位置还有图片所覆盖的范围方位角等信息。同时,通过建立连接点和控制点坐标文件,可以实现多视角影像自检校区域网平差迭代计算,通过多次反复联合解算,最终得到

    符合精度要求的平差结果。

    4) 三维重建

    空三 加 密 及 控 制 点 刺 完 后 开 始 建 立 模 型贴图。 Smart3DCapture 在三维重建过程已经能够实现全自动计算,会依据内部规则算法,自动选择在对面视角上的最佳像对模型,最终形成三维尺度的密集点云,点云随后自动转换为不规则三角网 TIN 结构,同时将由于图像匹配错误而引起的 TIN 进行删除和修复,并基于内在几何关系,将 TIN 模型进行平滑和优化,达到最佳的三维表达效果。通过空三加密点计算出不规则三角网 TIN,并且生成白模的三维模型,再通过三维模型形状位置从航片里选取最合适的进行纹理的贴合,最终形成完整且真实的三维模型体。

    2.3 三维建模成果

    引入控制点后,内业加密点对附近野外控制点的平均保持在±2 mm 以内,完全满足三四等水准测量精度要求。但是表 4 结果表明,半参数模型的拟合精度与推估精度均明显优于二次曲面,这说明在处理高程异常拟合中,半参数二次曲面拟合模型更加科学、合理。

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